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1. Oxidative transformation of Tungsten (W) nanoparticles potentially released in aqueous and biologicalmedia in case of Tokamak (nuclear fusion) Lost of Vacuum Accident (LOVA)

Author

Nathalie Herlin, Thierry Orsière, Jérôme Rose, E. Bernard, Romain Soulas, Olivier Proux, Gheorghe Dinescu, Bernard Angeletti, Perrine Chaurand, Dominique Vrel, Marcos Sanles Sobrido, Isabelle George, Sarah Dine, Véronique Malard, Bernard Rousseau, Christian Grisolia, Chiara Uboldi, Centre européen de recherche et d'enseignement des géosciences de l'environnement (CEREGE), Institut de Recherche pour le Développement (IRD)-Aix Marseille Université (AMU)-Collège de France (CdF (institution))-Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE), Institut de Recherche sur la Fusion par confinement Magnétique (IRFM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Institut de Biosciences et Biotechnologies d'Aix-Marseille (ex-IBEB) (BIAM), Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Interactions Protéine Métal (IPM), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Institut de Biologie et de Technologies de Saclay (IBITECS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay, Institut méditerranéen de biodiversité et d'écologie marine et continentale (IMBE), Avignon Université (AU)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de recherche pour le développement [IRD] : UMR237-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire des Sciences des Procédés et des Matériaux (LSPM), Institut Galilée-Université Sorbonne Paris Cité (USPC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Sorbonne Paris Nord, National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics (NILPRP), Université de Bucarest-National Institute for Lasers, Plasma and Radiation Physics, Laboratoire d'Innovation pour les Technologies des Energies Nouvelles et les nanomatériaux (LITEN), Institut National de L'Energie Solaire (INES), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Observatoire des Sciences de l'Univers de Grenoble (OSUG ), Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Météo-France, French National Research Agency (ANR)Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)European CommissionFrench Atomic Energy Commission, The authors acknowledge the European Synchrotron Radiation Facility for provision of synchrotron radiation beamtime and especially the scientists in charge of the FAME (BM30b) beamline financially supported by CNRS and CEA., ANR-10-EQPX-0039,NanoID,Plateforme d'identification des nanoparticules dédiée à la sécurité(2010), ANR-11-IDEX-0001,Amidex,INITIATIVE D'EXCELLENCE AIX MARSEILLE UNIVERSITE(2011), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Aix Marseille Université (AMU)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC), and Institut national des sciences de l'Univers (INSU - CNRS)-Université Savoie Mont Blanc (USMB [Université de Savoie] [Université de Chambéry])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de Recherche pour l’Agriculture, l’Alimentation et l’Environnement (INRAE)-Université Grenoble Alpes (UGA)

Subjects
Materials science, Aqueous solution, 010504 meteorology & atmospheric sciences, Diffusion, Nanoparticle, chemistry.chemical_element, Tungsten, Fusion power, 010502 geochemistry & geophysics, 7. Clean energy, 01 natural sciences, Dilution, [SPI.MAT]Engineering Sciences [physics]/Materials, Chemical engineering, chemistry, General Earth and Planetary Sciences, Nuclear fusion, Dissolution, 0105 earth and related environmental sciences, General Environmental Science
Abstract

International audience; Oxidative transformation of Tungsten (W) nanoparticles potentially released in aqueous and biologicalmedia in case of Tokamak (nuclear fusion) Lost of Vacuum Accident (LOVA) technological breakthroughs need to be achieved before fusion become available and economicallyviable. In addition, and prior to industrial development of the fusion technology, it is worth addressing possible negative environmental and health impacts. For instance, the interactions between the plasma and refractory materials called plasma facing components (PFC) like tungsten, will generate tritiated dust. The aim of the study is to address the fate in water and biological media of W nanoparticles that might be released in case of Lost Of Vacuum Accident (LOVA). The dilution of particles in TRIS, LHC9 and pulmonary media did not strongly affect the average size of the particles while the dilution in Saline medium lead to substantial aggregation. The results proved that oxidative dissolution of W nanoparticles occurred in several aqueous/biological media (TRIS, LHC9 and Lung media) with increasing time. Fromthe different dissolution rates as a function of the tested media, it seems that the oxidative dissolutions are rate limited by diffusion in the oxidized layer surrounding the metallic core of particles. The mechanisms of dissolution involved W4Å and W6Å corroded layers prior to W6Å dissolution. Knowledge provided by these dispersion–dissolution experiments helped to determine the environmental mobility and persistence as well as the bio-durability of these tungsten nanoparticles. As dissolution has potential to influence the toxicity of particles, it is a crucial parameter to consider in the risk assessment of particles.

Published
2020
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2. Characterization of photocatalytic paints: a relationship between the photocatalytic properties – release of nanoparticles and volatile organic compounds

Author

B. Fiorentino, Sasho Gligorovski, Gregory Brochard, Vincent Bartolomei, O. Sicardy, R. Soulas, B. Pepin-Donat, G. Gebel, A. Audemard, Henri Wortham, C. Lombard, Anass Benayad, Adrien Gandolfo, Jean-François Damlencourt, L. Porcar, Delphine Truffier-Boutry, CEA/DRT/LITEN - Laboratoire de Nanocaractérisation et Nanosécurité, Laboratoire Chimie de l'environnement (LCE), Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie du CNRS (INC), Conception d’Architectures Moléculaires et Processus Electroniques (CAMPE), SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ALLIOS, Institut Laue-Langevin (ILL), ILL, State Key Laboratory of Organic Geochemistry, Guangzhou Institute of Geochemistry, Chinese Academy of Sciences, Guangzhou, ANR-11-IDEX-0001,Amidex,INITIATIVE D'EXCELLENCE AIX MARSEILLE UNIVERSITE(2011), ANR-10-EQPX-0039,NanoID,Plateforme d'identification des nanoparticules dédiée à la sécurité(2010), Aix Marseille Université (AMU)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)

Subjects
Materials science, [SDE.IE]Environmental Sciences/Environmental Engineering, Materials Science (miscellaneous), Xylene, Formaldehyde, Nanoparticle, 02 engineering and technology, 010501 environmental sciences, 021001 nanoscience & nanotechnology, 01 natural sciences, chemistry.chemical_compound, Chemical engineering, chemistry, 13. Climate action, Titanium dioxide, Photocatalysis, Degradation (geology), Methanol, 0210 nano-technology, NOx, ComputingMilieux_MISCELLANEOUS, 0105 earth and related environmental sciences, General Environmental Science
Abstract

Photocatalytic TiO2 appears to be a promising material to eliminate many air pollutants such as nitrogen oxides (NOx) and volatile organic compounds (VOCs). However, a number of questions remain unanswered prior to its full optimization. Some photocatalytic materials are already commercialized but their photocatalytic effects are questionable. In the present study, characterization of two paints for indoor and outdoor applications, one containing micro-sized titanium dioxide (TiO2) particles and the other based on nano-TiO2, is undertaken in order to understand their environmental impact during the use phase. The photocatalytic efficiency of the paints is determined before and after climatic ageing. The degradation of the paints induced by their ageing is characterized in parallel. Powders, dispersions and paints applied on a substrate are investigated to characterize the state of the nanoparticles (NPs) as a function of their surrounding media. The abrasion of the photocatalytic materials indicates that the presence of TiO2 (NPs) enhances the organic matrix degradation of the paints due to a greater photocatalytic effect. The online and continuous measurements by PTR-ToF-MS indicate that the degradation of the organic matrix leads to release of organic compounds (formaldehyde, methanol, acetaldehyde and formic acid) into the air which suggests that monitoring only the removal of VOCs (in this case xylene) is not enough to make a proper evaluation of the effectiveness of photocatalytic paints towards VOC elimination. These VOCs emerge exclusively from the degradation of the organic matrix as much lower VOC emissions were measured in the case of the aged paint which exhibits a lower amount of organic components in the matrix. This study links the morphological observations, chemical determination, structural parameters and photocatalytic properties of the paints for future optimization of safer-by-design photocatalytic paints.

Published
2017
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3. Different in vitro exposure regimens of murine primary macrophages to silver nanoparticles induce different fates of nanoparticles and different toxicological and functional consequences

Author

Catherine Aude-Garcia, Pierre-Henri Jouneau, S. Sorieul, Geoffrey Mure, Nathalie Herlin-Boime, Karine Pernet-Gallay, Thierry Rabilloud, Adèle Gerdil, Marie Carrière, Véronique Collin-Faure, Florent Villiers, Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Physiologie cellulaire et végétale (LPCV), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM), Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA ), Modélisation et Exploration des Matériaux (MEM), Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Centre d'Etudes Nucléaires de Bordeaux Gradignan (CENBG), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques (LAN), Service de Chimie Inorganique et Biologique (SCIB - UMR E3), Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANSES (PNREST 2011/25, Innimmunotox project) - CEA toxicology program (Nanostress grant) - Program Transversal de Toxicologie/PlantUra’’ funded by the CEA, ANR-11-IDEX-0001,Amidex,INITIATIVE D'EXCELLENCE AIX MARSEILLE UNIVERSITE(2011), ANR-10-EQPX-0039,NanoID,Plateforme d'identification des nanoparticules dédiée à la sécurité(2010), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), [GIN] Grenoble Institut des Neurosciences (GIN), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Université Sciences et Technologies - Bordeaux 1 (UB)-Institut National de Physique Nucléaire et de Physique des Particules du CNRS (IN2P3)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Martin-Laffon, Jacqueline, INITIATIVE D'EXCELLENCE AIX MARSEILLE UNIVERSITE - - Amidex2011 - ANR-11-IDEX-0001 - IDEX - VALID, Equipements d'excellence - Plateforme d'identification des nanoparticules dédiée à la sécurité - - NanoID2010 - ANR-10-EQPX-0039 - EQPX - VALID, Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Laboratoire de physiologie cellulaire végétale (LPCV), Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF)-Institut National de la Recherche Agronomique (INRA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Institut National de la Santé et de la Recherche Médicale (INSERM)-CHU Grenoble-Université Joseph Fourier - Grenoble 1 (UJF), Laboratoire d'Etude des Matériaux par Microscopie Avancée (LEMMA), Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes (UGA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), ANR-11-IDEX-0001-02/11-LABX-0064,SERENADE,Vers une conception de nanomatériaux innovants, durables et sûrs(2011), ANR-11-IDEX-0001-02/11-IDEX-0001,AMIDEX,AMIDEX(2011), and ANR-10-EQPX-0039/10-EQPX-0039,NanoID,Plateforme d'identification des nanoparticules dédiée à la sécurité(2010)

Subjects
Lipopolysaccharides, Materials science, Silver, Lipopolysaccharide, Macrophage, Phagocytosis, Speciation, Primary Cell Culture, Biomedical Engineering, Metal Nanoparticles, Stimulation, 02 engineering and technology, 010501 environmental sciences, Toxicology, 01 natural sciences, Proinflammatory cytokine, Nitric oxide, chemistry.chemical_compound, Mice, Nanoparticle, Microscopy, Electron, Transmission, Animals, Murine, 0105 earth and related environmental sciences, Membrane Potential, Mitochondrial, Dose-Response Relationship, Drug, Toxicity, Macrophages, Spectrometry, X-Ray Emission, 021001 nanoscience & nanotechnology, Cell biology, [SDV.TOX] Life Sciences [q-bio]/Toxicology, chemistry, [SDV.TOX]Life Sciences [q-bio]/Toxicology, Immunology, Cytokines, 0210 nano-technology, Intracellular
Abstract

International audience; Silver nanoparticles (Ag-NPs) are used in a variety of consumers' goods. Their toxicological impact is currently intensely studied, mostly upon acute exposure, but their intracellular dissolution and fate is rather poorly documented. In this study, murine primary macrophages were exposed to a single high but non-lethal dose of Ag-NPs or to repeated, low doses of Ag-NPs. Cells were either collected immediately after acute exposure or after 72 h of recovery in the NP-free exposure medium. Ag intracellular content and distribution were analyzed by particle-induced X-ray emission, transmission electron microscopy coupled to energy-dispersive spectroscopy analysis and inductively coupled plasma mass spectrometry. In parallel, macrophage functionality as well as inflammatory and thiol-responses were assessed after Ag-NP exposure. We show that Ag accumulation in macrophages is similar upon acute and repeated exposure to Ag-NPs, and that Ag is partly expelled from cells during the 72 h recovery stage. However, acute exposure leads to a strong response of macrophages, characterized by reduced mitochondrial membrane potential, phagocytic capacity and nitric oxide (NO) production upon lipopolysaccharide (LPS) stimulation. Under this condition, we also show an increased release of proinflammatory cytokines as well as a decreased release of anti-inflammatory cytokines. This response is reversible since these biomarkers reach their basal level after the recovery phase; and is much less intense in repeatedly exposed cells. These results suggest that repeated exposure of macrophages to Ag-NPs, which is a more realistic exposure scenario than acute exposure, leads to significant Ag intracellular accumulation but a much less intense toxicological response

Published
2016
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4. Exposure-dependent Ag+ release from silver nanoparticles and its complexation in AgS2 sites in primary murine macrophages

Author

Nathalie Herlin-Boime, Catherine Aude-Garcia, Pascale Delangle, Marie Carrière, Giulia Veronesi, Thierry Rabilloud, Thomas Gallon, Isabelle Kieffer, European Synchrotron Radiation Facility (ESRF), Laboratoire de Chimie et Biologie des Métaux (LCBM - UMR 5249), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Direction de Recherche Fondamentale (CEA) (DRF (CEA)), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019]), Reconnaissance Ionique et Chimie de Coordination (RICC), SYstèmes Moléculaires et nanoMatériaux pour l’Energie et la Santé (SYMMES), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Service de Chimie Inorganique et Biologique (SCIB - UMR E3), Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Francis PERRIN (LFP - URA 2453), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Edifices Nanométriques (LEDNA), Nanosciences et Innovation pour les Matériaux, la Biomédecine et l'Energie (ex SIS2M) (NIMBE UMR 3685), Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS), Laboratoire Lésions des Acides Nucléiques (LAN), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut Nanosciences et Cryogénie (INAC), ANR-11-IDEX-0001,Amidex,INITIATIVE D'EXCELLENCE AIX MARSEILLE UNIVERSITE(2011), ANR-10-EQPX-0039,NanoID,Plateforme d'identification des nanoparticules dédiée à la sécurité(2010), Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Université Grenoble Alpes [2016-2019] (UGA [2016-2019])-Institut de Recherche Interdisciplinaire de Grenoble (IRIG), Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)-Institut Rayonnement Matière de Saclay (IRAMIS), and Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Commissariat à l'énergie atomique et aux énergies alternatives (CEA)-Université Paris-Saclay-Centre National de la Recherche Scientifique (CNRS)-Institut de Chimie du CNRS (INC)

Subjects
Materials science, Silver, Stereochemistry, Cell Survival, Ab initio, Nanoparticle, Metal Nanoparticles, 02 engineering and technology, 010402 general chemistry, Photochemistry, 01 natural sciences, Silver nanoparticle, Metal, Mice, Microscopy, Electron, Transmission, Animals, General Materials Science, Dissolution, Cells, Cultured, X-ray absorption spectroscopy, Ligand, Macrophages, Silver Compounds, [CHIM.MATE]Chemical Sciences/Material chemistry, 021001 nanoscience & nanotechnology, Glutathione, 0104 chemical sciences, X-Ray Absorption Spectroscopy, visual_art, visual_art.visual_art_medium, Absorption (chemistry), 0210 nano-technology
Abstract

International audience; Silver nanoparticles (AgNPs) toxicity is related to their dissolution in biological environments and to the binding of the released Ag+ ions in cellulo; the chemical environment of recombined Ag+ ions is responsible for their toxicological outcome, moreover it is indicative of the cellular response to AgNPs exposure, and can therefore shed light on the mechanisms governing AgNPs toxicity. This study probes the chemistry of Ag species in primary murine macrophages exposed to AgNPs by making use of X-ray Absorption Fine Structure spectroscopy in cryogenic conditions: the linear combination analysis of the near-edge region of the spectra provides the fraction of Ag+ ions released from the AgNPs at a given exposure condition and highlights their complexation with thiolate groups; the ab initio modelling of the extended spectra allows measuring the Ag-S bond length in cellulo. Dissolution rates depend on the exposure scenario, chronicity leading to higher Ag+ release than acute exposure; Ag-S bond lengths are 2.41+/-0.03 A and 2.38+/-0.01 A in acute and chronic exposure respectively, compatible with digonal AgS2 coordination. Glutathione is identified as the most likely putative ligand for Ag+. The proposed method offers scope for the investigation of metallic nanoparticles dissolution and recombination in cellular models.

Published
2015
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